灌溉马铃薯田可变速率氮肥管理的田间规模研究：产量、品质与氮素利用效率的提升策略

这篇研究通过10个田间试验评估了基于产量潜力分区的预出苗可变速率氮肥管理（VRN）对马铃薯（Solanum tuberosum L.）产量、品质及氮素利用效率（NUE）的影响。结果表明，高潜力区增施氮肥显著提升总产量（+4.6 Mg ha-1）和商品薯产量（+4.8 Mg ha-1），而低潜力区减氮未导致减产。研究为半干旱区马铃薯精准氮肥管理提供了实用方案，兼具经济与环境效益。

　　

引言

马铃薯作为全球最重要的蔬菜作物，其生产常与小麦轮作，但两者根系特性差异显著：小麦根系深达1.5-1.8米，而马铃薯根系仅0.6米且根毛稀少，导致养分吸收效率较低。氮（N）管理对马铃薯尤为关键，过量施氮易引发环境问题（如NO₃-N淋溶），不足则导致早衰减产。传统均一施氮模式难以满足田间空间异质性需求，可变速率氮肥（VRN）技术通过分区管理有望优化这一矛盾。

材料与方法

研究在美国爱达荷州Grace地区的10个中心支轴灌溉田进行（2011-2022），土壤为碱性钙质粉砂壤土。基于历史产量图、地形和NDVI影像划分高、中、低产潜力区，并设置均一施氮（GSP）对照带。氮肥用量根据土壤NO₃-N残留、产量目标和品种特性计算，采用聚合物包膜尿素（PCU）基施。通过卫星遥感监测冠层生长，结合茎秆硝酸盐分析动态评估氮素状况。收获时测定总产、商品薯（US No. 1/2）比例、块茎大小及比重等指标。

结果

产量提升显著：高潜力区VRN使总产量平均增加4.6 Mg ha^-1，其中‘Russet Burbank’品种响应最显著（+7.7 Mg ha^-1），而其他品种差异不显著。低潜力区减氮15-25 kg ha^-1未导致减产，打破“减氮必减产”的传统认知。
块茎品质优化：六块试验田的高潜力区块茎单重增加8-11 g，但比重大幅波动（仅降低0.002），仍符合加工标准（1.080-1.092）。
氮效率突破：VRN整体使NUE提升25 kg ha^-1，低潜力区贡献最大（+77 kg ha^-1），但高区存在过量施氮现象，暗示进一步优化空间。

讨论

技术优势：PCU的缓释特性避免了生育期追肥需求，简化了管理流程。历史产量图与多源数据结合的分区方法，为农户提供了低成本的精准施肥方案。
品种特异性：‘Russet Burbank’对氮素敏感度远超其他品种，其商品薯产量提升11%的同时畸形薯减少0.5 Mg ha^-1，印证了基因型-环境互作的重要性。
环境权衡：尽管高区NUE降低，但整体田间NUE提升和900美元/ha的增收证实了VRN的经济-生态双赢潜力。

结论

该研究首创的“以史为鉴”分区法为半干旱区马铃薯VRN提供了可复制的技术框架。未来可结合实时传感器数据进一步优化阈值，并将该模式推广至其他根浅型作物。农户实践表明，仅通过基施PCU的VRN即可实现“减施不减产”，为全球氮肥精准管理树立了新范式。